Шары из кованой стали для шаровых мельниц: испытания на ударную прочность и сопротивление разрушению

Ударную стойкость и сопротивление разрушению кованых стальных шаров для шаровых мельниц необходимо оценивать по установленной методике испытаний и критериям приемки. Одна лишь поверхностная твердость не позволяет определить стойкость к повторным соударениям: твердый наружный слой может сочетаться с внутренними трещинами, неравномерной термообработкой или хрупкой сердцевиной. Обоснованная оценка включает испытание целых шаров на удар, четко определенные измерения разрушения, профилирование твердости и исследование разрушившегося материала.

При рассмотрении протокола испытаний прежде всего необходимо выяснить, соответствуют ли условия испытаний требованиям спецификации на закупку. Высота сброса, диаметр шара, поверхность соударения, отбор образцов и определение разрушения — все это влияет на результат. Впечатляющее количество ударов имеет ограниченную ценность, если эти параметры не указаны.

Установите, что именно охватывает стандарт

Сертификация систем менеджмента, лабораторные испытания и приемка продукции решают разные задачи. ISO 9001 относится к менеджменту качества; ISO 14001 — к экологическому менеджменту; ISO 45001 — к менеджменту охраны здоровья и безопасности труда. Ни один из этих стандартов сам по себе не устанавливает ударную стойкость или допустимый уровень разрушения конкретной поставки.

Для протокола сторонней организации также необходимо определить область действия. Название испытательной организации не подтверждает, что проверялась каждая производственная партия или что методика отражает условия эксплуатации в мельнице. К значимым подтверждающим данным относятся идентификация образцов, методика испытаний и ее редакция, сведения об оборудовании, результаты и любые отклонения от установленной процедуры.

Если применяется обязательный стандарт на продукцию, в заказе следует указать предусмотренные им правила отбора образцов и положения о приемке. В противном случае эти требования необходимо заранее определить в письменном техническом соглашении. Внутренняя методика поставщика для испытаний сбрасыванием пригодна для сравнения лишь при раскрытии условий испытаний и правил составления отчетности.

Испытание целых шаров на удар: условия, влияющие на результат

При многократном испытании сбрасыванием целый шар подвергают последовательным ударам и фиксируют повреждения или сохранность до достижения установленного критерия. Испытание позволяет оценить совокупное влияние геометрии, состояния материала и производственных дефектов. Образец для испытания на удар, изготовленный механической обработкой, характеризует другую реакцию материала и не может заменить такую оценку.

Гравитационная энергия перед ударом приблизительно равна E = mgh, где энергия определяется массой, ускорением свободного падения и высотой сброса. Это не является прямым измерением энергии, поглощенной шаром: отскок, перемещение оснастки и деформация перераспределяют энергию. Диаметр имеет значение, поскольку при одинаковой плотности стали масса более крупного шара выше. Поэтому результаты для шаров разных размеров требуют раздельной интерпретации.

Фиксируйте результат для каждого образца, а не только среднее значение. Одно раннее разрушение среди образцов, выдержавших испытание, может указывать на локальную производственную проблему, скрытую средним значением. Шары, достигшие предельного количества циклов без разрушения, следует указывать как выдержавшие этот предел; фактический ресурс до разрушения при этом остается неизвестным.

Ограждение должно удерживать вылетевшие фрагменты; если этого требует конструкция оборудования, доступ к нему необходимо блокировать системой блокировки. Перед осмотром или извлечением образцов механизм следует остановить и изолировать. При повторных ударах в шаре могут образоваться трещины до того, как он заметно разделится на части, поэтому с частично испытанными образцами необходимо обращаться с соблюдением мер безопасности.

Определите, что считать разрушением, прежде чем рассчитывать его уровень

Термин «уровень разрушения» не имеет однозначного смысла без указания числителя, знаменателя и периода наблюдения. Лабораторный результат, основанный на подсчете, может выражаться как доля разрушившихся образцов от общего количества испытанных. Полевой результат может выражаться как масса собранных обломков относительно массы загруженных мелющих тел за определенный период кампании. Эти показатели отвечают на разные вопросы, поэтому для них нельзя использовать один и тот же критерий приемки без обоснования.

Для испытания партии методом сбрасывания расчет можно задать явно:

Процент разрушившихся образцов = количество разрушившихся образцов ÷ общее количество испытанных образцов × 100.

Однако для этой формулы все равно необходимо определить, что считается разрушением. Отслоение поверхностного слоя, мелкие выкрашивания, сквозные трещины и полное разрушение следует регистрировать отдельно, даже если договор объединяет некоторые категории для целей приемки. Небольшие отделившиеся фрагменты могут засорить расположенное ниже по потоку оборудование или попасть в поток продукции еще до того, как станет заметно полное разрушение шара.

Наблюдения в мельнице имеют дополнительные ограничения. Количество собранных фрагментов занижает общий уровень разрушения, если частицы уходят вместе с разгрузкой или становятся недоступными внутри загрузки. После разрушения масса фрагментов также уменьшается из-за износа. Поэтому для сравнения производственных кампаний необходимы единые методы сбора и записи данных о дозагрузке шаров, продолжительности работы, загрузке мельницы, изменениях питания и нештатных событиях.

Используйте данные о твердости и металлургии для анализа причин разрушения

Показание поверхностной твердости характеризует только проверенное место. Окалина, кривизна поверхности, недостаточная опора и подготовка поверхности могут искажать результаты измерений методом вдавливания. Метод измерения твердости должен подходить для геометрии шара; подготовку образца и все применимые поправки необходимо документировать. При шлифовании во время подготовки следует избегать нагрева, изменяющего локальное состояние материала.

Профиль твердости по сечению разрезанного шара показывает, соответствует ли переход от поверхности к сердцевине предполагаемой термообработке. Твердая оболочка при недостаточно закаленной сердцевине ведет себя иначе, чем шар, равномерно закаленный по всему сечению. Ни один из профилей нельзя оценить только по поверхностной твердости: пригодность зависит от диаметра, химического состава, вязкости и предполагаемых условий ударного воздействия.

Например, в указанном ассортименте кованых стальных шаров представлены диаметры от 20 до 150 мм и заявлена поверхностная твердость выше 60 HRC. Эти значения не устанавливают критерий приемки по ударной стойкости. Для указанного значения ударной вязкости «≥12» также необходимы единицы измерения, геометрия образца, состояние надреза, температура и метод испытаний, прежде чем оно сможет служить основанием для содержательного сравнения.

Перед очисткой или резкой необходимо сохранить исходные поверхности излома. Предполагаемое место зарождения трещины, характер поверхности излома, включения и прилегающая микроструктура помогают различить возможные причины. Ковочная складка, соединенная с поверхностью, отличается от скопления внутренних включений; закалочная трещина — от прогрессирующей усталости при ударном воздействии. Внешний вид дает направление для исследования, а предложенную причину проверяют путем секционирования и металлографического анализа.

При наличии подходящей методики эту работу можно дополнить ультразвуковым контролем или магнитопорошковым контролем. Возможность обнаружения зависит от ориентации и глубины дефекта, геометрии и состояния материала. Объем контроля и критерии приемки необходимо установить заранее, прежде чем удовлетворительный результат можно будет считать подтверждением внутренней целостности.

Обеспечьте прослеживаемость решений о приемке до конкретной партии

Корректное определение партии связывает готовые шары с плавкой материала, размером, производственным маршрутом и партией термообработки. Объединение в одну выборку продукции из несвязанных производственных партий ослабляет связь между результатом испытаний и выпущенным материалом. Образцы должны представлять поставку, включая разные контейнеры или участки производства, если это уместно, а не отдельные специально подготовленные изделия.

В соглашении о приемке необходимо достаточно подробно описать условия, позволяющие разрешить спор по результатам:

• Границы партии, количество образцов, метод случайного отбора и сохранение идентификации при разрушающих испытаниях.
• Полная процедура испытания на удар, включая минимальное требование к количеству ударов без разрушения и порядок учета образцов с трещинами или выкрашиванием.
• Места измерения твердости и допустимые отклонения, а также подтверждение химическим анализом или металлографией, если это предусмотрено.
• Правила повторных испытаний, согласованные заранее. Замена образца, разрушившегося на ранней стадии, без регистрации смещает результат и скрывает важные данные.

Небольшая выборка без разрушившихся образцов дает лишь ограниченные сведения о крупной поставке. Объем выборки и приемочные числа должны соответствовать согласованному статистическому подходу и последствиям отказа. При разрушающих испытаниях также необходимо сохранять контрольный материал, если соглашение предусматривает последующее расследование или независимую экспертизу.

Если лабораторные результаты соответствуют спецификации, но уровень разрушения в мельнице остается повышенным, сохраните фрагменты и сопоставьте их с эксплуатационными записями, прежде чем изменять критерий приемки. Низкий уровень загрузки мелющих тел, прямые удары о футеровку, изменения распределения шаров по размерам и аномальные условия питания могут усиливать ударные нагрузки. Связь данных о разрушении с такими условиями позволяет отличить проблему материала от несоответствия условиям применения.